透水混凝土渗透与堵塞研究综述

透水混凝土渗透与堵塞研究综述

发表时间：2019-03-08T09:59:12.937Z 来源：《基层建设》2018年第36期作者：王宇

[导读] 摘要：透水混凝土作为一种打造“海绵城市”的重要建筑材料，具有防止洪涝灾害，增加城市可透水面积的优点，但是长期使用过程中会因为沉积物堵塞孔隙而导致逐渐失效。

重庆交通大学土木工程学院重庆市 400074

摘要：透水混凝土作为一种打造“海绵城市”的重要建筑材料，具有防止洪涝灾害，增加城市可透水面积的优点，但是长期使用过程中会因为沉积物堵塞孔隙而导致逐渐失效。本文对国内外透水混凝土路面的渗透作用，堵塞研究和清洗维护进行了综述，并针对当前的研究现状，以及实际应用的需求，提出了进一步的研究建议，使得透水混凝土路面能够更加广泛的应用。

关键词：透水混凝土；透水系数；堵塞；清洗恢复

0引言

透水混凝土又称多孔混凝土，通常是由单粒级粗骨料、少量砂或无砂、胶凝材料、水，以及外加剂拌和并经振动或压制成型的一种新型生态混凝土材料。[1]透水混凝土凭借其透气，透水，重量轻的特点，一方面具有吸水渗水，防止城市内涝灾害，增加城市可透水面积的优点，另一方面可以降低城市温度，增加水分流通。

目前对于透水混凝土的研究主要集中在原材料选择与配合比、制备工艺、力学强度与耐久性能等方面，对于透水混凝土的渗透情况，堵塞机理和清洗方法等方面的研究相对较少，因此本文对这些方面进行了综述，并在此基础上提出进一步的研究建议。

1国内外透水混凝土使用情况

透水混凝土凭借其独特的优势与良好的生态效应，从20世纪开始就引起了广泛的关注，很多国家和地区将其应用在停车场，公园步行道，非机动车道等项目中，取得了较为良好的效果。其中的一些项目随着使用时间的推移，透水性能逐渐下降直至堵塞，失去了透水效果。Winston，Ryan J等[2]研究了位于美国和瑞典的10个不同的透水混凝土路面，提出因为在施工期间沉积在垫层和孔隙的粉尘和小颗粒也是影响透水混凝土性能的原因之一，所以日常维护并不能改善由不正确的施工造成的影响。

2透水混凝土的渗透作用

2.1国外透水混凝土渗透性的评价标准

对于室内透水系数的测定方法，美国混凝土协会建议采用变水头法进行测定。Sandoval，Gersson F.B.等[3]通过实验比较了两种方法，认为恒定水头法能更好的评估透水混凝土的透水系数。而对于现场的透水系数测定，规范中给出的方法并不适用。美国现在主要采用的有两种方法，分别是NCAT（国家沥青技术中心）渗透仪和ASTMC1701现浇透水水泥渗透率的标准测量法。[4]

2.2透水混凝土的渗透机理

评价透水混凝土透水性能的两个指标，孔隙率和透水系数，在透水混凝土路面设计时，主要采用透水系数的评价指标，而在透水混凝土的配合比设计时，主要采用孔隙率的评价指标，二者之间存在着一种二次正相关的关系。许多学者[5-7]对透水混凝土的孔隙率和透水系数之间进行了研究，通过实验数据拟合的方式，提出各自的拟合公式，发现采用二次函数的拟合最为贴近二者之间的实验数据。

3透水混凝土的堵塞研究

3.1透水混凝土的堵塞机理

国内外的工程实践表明，在无任何后期维护的条件下，透水路面的透水性能会逐渐降低，甚至完全失去。堵塞物的来源复杂多样：地表洪流中携带的悬浮颗粒（泥土，砂，有机物，其他碎屑）是最主要的堵塞物来源，轮胎摩擦及路表磨损产生的碎屑也是引起堵塞的一个因素。

曾凡贵等[8]通过往透水混凝土试块表面加堵塞剂，来模拟透水混凝土被快速堵塞的过程。结果发现粒径较大的堵塞物颗粒无法对透水混凝土试件进行有效的堵塞，连续级配的堵塞剂对透水混凝土的堵塞效果更明显。张明灿[9]研究发现单一粒级堵塞剂随着纤维添加量增加滞留再生骨料透水混凝土表面的占比增加，相应的透水恢复百分比也增加。Coughlin，J.Patrick等[10]测量了饱和透水混凝土路面系统中的沙子和粘土的堵塞，认为限制透水的不是透水混凝土，而是路基。

3.2透水混凝土堵塞的模型建立

造成透水混凝土堵塞的可能因素较多，外部因素的复杂变化以及内部孔隙的不确定性，导致了难以对透水混凝土的堵塞建立相应的模型，来对透水混凝土的堵塞情况进行分析和评价，并对透水混凝土使用过程中的堵塞情况进行一个合理的预测，判断需要维护的周期。 Zhang，jiong团队[11]利用计算流体力学-离散元法（CFD-DEM）模型，由聚集颗粒的直径（D1）与沉积物的直径（DS）的比值来确定孔隙堵塞，使用拟合曲线来描绘堵塞的趋势，揭示了沉积物的二次运动。Wang，Zijia等[12]研究发现堵塞颗粒越小，运动距离就越远，透水混凝土的堵塞范围就越大，并给出了表面堵塞演化过程的经验公式和迭代模型。

4透水混凝土的清洗维护

透水混凝土在使用过程中的清洗和维护对于延长路面的使用寿命具有十分重要的作用。国外主要使用的高压冲洗、真空抽吸和湿润清扫三种方式，各有优劣，因为对于清洗频率，冲洗水压，设备尺寸，工程项目等的不同，也没有建立科学和严谨的操作规范。因此对透水混凝土及时的进行监测、维护和恢复都是发挥设施功能，延长使用寿命的重要措施。

孙红芹等[13]认为真空抽吸可作为预防性养护，高压冲洗可作为修复性维护措施，这三种方法中，湿润后清扫的恢复效果最有限，仅能去除路面表层滞留的碎屑，高压冲洗的维护效果最为显著，是目前最为推荐的维护方法。

5建议

现阶段对于如何提高透水混凝土抗堵塞性能，堵塞颗粒在混凝土孔隙之间的运动情况，以及在长期使用下，不同工况下混凝土产生堵塞的情况研究较少，同时也没有建立相关成熟的数字模拟模型，来客观的分析透水混凝土在使用年限内会产生的堵塞情况而在设计时调整不同的孔隙率和强度关系，对于长期堵塞中缓慢恢复的过程也研究较少。

基于以上观点，建议开展以下方面的研究：

（1）研究透水混凝土粘合剂或表面防护剂，使之表面抵抗轮胎摩擦，在微振动下减少细碎颗粒的剥落，降低孔隙堵塞的产生。（2）使用微观设备研究堵塞颗粒在孔隙中的运动情况，建立相关的运动与堵塞模型，为透水混凝土的抗堵塞设计提供相关的依据。